科研新闻

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  •        近期,华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室荆杰泰团队在量子通信领域连续取得重要进展,两项相关研究成果连续发表于国际物理学重要学术期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters 124, 083605 (2020)以及Physical Review Letters 124, 090501 (2020))。量子光源是实现量子通信不可或缺的关键资源。荆杰泰教授团队长期聚焦于提升量子光源的性能,包括量子光源的量子关联特性、纠缠容量和光束数量等,其中量子关联特性直接决定了量子通信的保真度,而光束数量以及纠缠容量共同决定了量子光源的尺度,进一步决定量子通信的复杂度和信息容量。在提升量子关联特性方面,该团队创新性地提出并实验实现了利用相敏放大器中的内在干涉效应来增强量子关联,这项成果已经于2019年9月发表在《物理评论快报》上(Physical Review Letters 123, 113602 (2019))。荆杰泰教授团队近期连续取得的两项重要科研成果则聚焦于提升量子光源的纠缠容量和光束数量两个方面。《物理评论快报》(Physical Review Letters 124, 083605 (2020)以及Physical Review Letters 124, 090501 (2020))发表荆杰泰团队研究论文  在提升量子光源纠缠容量方面,去年该团队把经典通信中的复用概念应用到量子信息体系,实现了一种光学轨道角动量复用的连续变量量子纠缠体系,该成果已经于2019年8月发表(Physical Review Letters 123, 070506 (2019))。这项结果限于两体量子纠缠态,而多体量子纠缠对于构建多用户量子网络至关重要。近期,该团队通过将多体纠缠和光学轨道角动量复用的概念结合起来,在实验上成功实现了光学轨道角动量复用的三光束纠缠态,大大提高了系统纠缠的尺度,为实现确定性并行量子协议以及构建确定性并行量子网络奠定了基础。光学轨道角动量复用的三光束纠缠产生装置的示意图、三光束纠缠实验结果、两光束纠缠实验结果以及系统丰富的纠缠结构示意图  在实验中,该团队利用热原子系综中的级联四波混频过程产生了三光束的纠缠态。在这三束光通道中,系统同时确定性地产生了9组三光束纠缠的拉盖尔高斯(Laguerre-Gaussian,LG)模式和20组两光纠缠的LG模式。此外该工作还验证了系统中对三光束其中一束的拓扑荷数l进行符号变换后三束光不存在纠缠,从而证明了该级联四波混频过程中,非线性相互作用遵守光学轨道角动量守恒定律。该工作还研究了四波混频系统中三种不同类型的光学轨道角动量相干叠加模式情况下的三光束量子纠缠特性,多方面展示了系统丰富的纠缠结构。这项成果以“Deterministic Generation of Orbital-Angular-Momentum Multiplexed Tripartite Entanglement”为题,以华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室为第一完成单位,博士研究生李思瑾与潘晓州为论文共同第一作者,荆杰泰教授为论文通讯作者,于2020年2月28日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters 124, 083605 (2020))上。  在提升量子光源光束数量方面,荆杰泰教授团队仅仅三天之后又在《物理评论快报》(Physical Review Letters 124, 090501(2020))上发文,报道了该团队利用空间复用型四波混频过程,在实验上一步集成确定性产生空间分离六光束纠缠态的实验结果。  通常多体量子纠缠的产生需要很复杂的光学分束系统,严重限制方案的可扩展性。目前国际上最新的研究趋势是通过频率和时间复用将多个非线性过程集成到一个简单的装置。但该方案产生的多体纠缠在空间上很难分离,限制了其构建远距离量子通信网络的可能性。荆杰泰教授团队创新性地提出了空间复用四波混频的概念,在单个原子系综内集成了七个四波混频过程,巧妙地“编织”出了一个高度集成的四波混频网络,从而产生了空间分离的六光束纠缠态。同时该团队发现系统的纠缠结构可以通过“裁剪”泵浦光源的特性来实现灵活多样的重新配置。这种纠缠结构的可重新配置性使为一个特定的量子通信任务实时产生其所需的多体纠缠态成为可能。空间复用型四波混频过程产生六光纠缠的装置示意图、调节两泵浦光的功率比得到的六光束体系辛本征值和内部纠缠结构调控的实验结果    在实验中,该团队利用两束具有一定夹角的激光束形成了空间结构的泵浦光,用其来泵浦一个热原子系综。实验研究结果表明仅仅这两束激光就诱导了七个并行发生且相互交织在一起的四波混频过程,即空间复用型四波混频过程。这一高度集成的非线性过程最终导致了空间分离的六个输出光束的产生。在实验技术方面,该团队通过六套平衡零拍探测系统来检测这六光束之间的纠缠特性。通过精确调节两泵浦光之间的功率比,可以显著调节六束光之间的纠缠结构。同时对于实验研究的所有的泵浦功率比情况,产生的六光束均满足正交转置正定纠缠判据,从而证明系统确定性产生了六光束纠缠态。最后还利用另外一种纠缠判据检验了六光束纠缠,发现其中两种功率比情况满足该判据,表明在这两种功率比情形下,产生的六光束纠缠态可用于构建量子隐形传态网络。该研究为量子通信提供了一个产生大尺度空间分离且结构可重新配置的多体纠缠的崭新平台。这项研究成果以“Reconfigurable Hexapartite Entanglement by Spatially Multiplexed Four-Wave Mixing processes”为题,以华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室为第一完成单位,博士研究生张凯和王伟为论文共同第一作者,荆杰泰教授与法国索邦大学的Nicolas Treps教授和Claude Fabre教授为论文共同通讯作者,于2020年3月3日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters 124, 090501(2020))上。  值得一提的是,荆杰泰教授带领的科研团队近年来在量子通信和量子精密测量领域取得了系列研究成果,得到了中国、美国、德国、法国、意大利、俄罗斯、巴西等国相关领域研究人员的关注。荆杰泰教授曾主持包括国家自然科学基金委“精密测量物理”重大研究计划重点项目、面上项目、上海市科委以及教委等多项国家及省部级科研项目;先后入选多项人才项目资助,包括教育部新世纪优秀人才、上海市东方学者跟踪计划、东方学者、曙光学者、浦江人才以及闵行领军人才等;曾获得华东师范大学青年科学奖以及研究生教育优秀导师奖。荆杰泰教授指导的研究生先后10人次获得研究生国家奖学金、5人次获得上海市优秀毕业生以及2人次获得王大珩高校学生光学奖。相关论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.083605https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.090501图文、来源|精密光谱科学与技术国家重点实验室 主页大图制作|陈睿多编辑|邵一鸣 编审|吕安琪
  • 3月24日,三场理工类实体科研单位“科研目标多维综合指标体系实施方案”专场咨询会在闵行校区行政楼504举行。理工类实体科研单位负责人、重点研究基地负责人和骨干教师代表分别参加了专场咨询会。咨询会由科技处处长张桂戌主持,孙真荣副校长出席会议。 孙真荣副校长讲话会上,孙真荣首先介绍了“理工类实体科研单位科研目标多维综合指标体系实施方案”的制定背景。他指出,为促进学校“双一流”建设,进一步提升理工科科研实力,充分发掘各理工类学院的科研工作潜力,全面提升学校的自主创新能力和科研管理水平,学校首先在理工科试点实施多维指标综合引导和评价,希望各理工类实体科研单位能够主动承担目标任务,认真做好有组织的科研。 张桂戌重点介绍了科研目标指标体系的制定原则和指标内容。学校本着“学科分类指导”、“质量优先综合评价”、“科研产出与资源投入匹配”三大原则,综合考虑实体科研单位的科研现状、人才队伍规模和构成、学校经费资源和空间资源投入等因素,制定了由“科研经费”、“重要成果”和“组织管理”三个目标组成的指标体系,分别从科研水平、发展潜力和工作状态三方面对实体科研单位的科研工作实施多维综合引导和考核,提升实体科研单位的科研目标遂行能力和科研管理创新活力。     与会教师发言与会教师充分肯定了“理工类实体科研单位科研目标多维综合指标体系实施方案”制定的必要性和指标设置的科学性,并从指标体系导向作用发挥、指标测算方法优化、顶级学术期刊认定、考核结果应用等方面提出了多个具体的建议。科技处相关工作负责人与理工类实体科研单位负责人和骨干教师们进行了充分的沟通和交流,并将根据专家的意见对方案进行进一步的优化。根据工作安排,《理工类实体科研单位科研目标多维综合指标体系实施方案》将于近期发布实施,助力学校双一流大学建设。
  • 超高速度捕获瞬态场景图像一直是科学家们追求的梦想和目标,这可以发现新物理现象并探索新物理过程,同时可以带动高新技术的产生。最近,华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室张诗按研究员和孙真荣教授团队在压缩超快成像研究领域取得重要进展,包括:1)发明了一种光谱分辨压缩超快成像(HCUP)新技术,该成果以“Hyperspectrally compressed ultrafast photography”为题,于2020年1月16日发表在美国物理学会的《物理评论快报》(Physical Review Letters, 124, 023902 (2020))上;2)发明了一种超快电光偏转成像(UEODI)新技术,该成果以“Single-shot receive-only ultrafast electro-optical deflection imaging”为题,于2020年2月3日发表在美国物理学会的《物理评论应用》(Physical Review Applied, 13, 024001 (2020))上;3)鉴于在压缩超快成像领域的突出贡献,受期刊杂志主编的邀请撰写综述论文,以“Single-shot compressed ultrafast photography: a review”为题,于2020年2月28日发表在中国激光杂志社CLP和美国国际光学工程学会SPIE联合主办的《先进光子学》(Advanced Photonics, 2, 014003 (2020))上,并作为该期杂志的封面文章。华东师大科学家突破超快光学成像维度(从左至别为齐大龙副研究员、孙真荣教授、张诗按研究员)突破超快光学成像维度,实现从时空到时空频维度跨越  光学成像作为可以记录空间、时间和光谱信息细节,在人类探索和发现未知世界奥秘扮演至关重要角色。同时获取高空间、时间和光谱分辨率的光学成像系统是目前光学成像研究领域的发展趋势,这在基础研究和应用科学领域都有非常重要的应用前景,包括生物医学成像、遥感成像、核爆炸探测等等。然而,在现有光学成像中,超快光学成像技术只能获得空间-时间信息,高光谱成像技术只能获得空间-光谱信息,而时间分辨光谱技术只能获得光谱-时间信息。因此,目前还没有一项光学成像技术能够在单次曝光下同时获取高空间、时间和光谱信息。  为了克服当前光学成像维度上的局限性,张诗按研究员和孙真荣教授团队发展了一种光谱分辨压缩超快成像(HCUP)新技术,如图1(a)和1(b),该成像技术不但具有超快的时间分辨能力,同时还能够拍摄光谱信息。HCUP是基于压缩感知理论的计算成像方法,通过对动态目标进行空间编码、数据压缩和计算解码,最终还原出原始动态目标时间、空间和光谱信息,成像帧率可以达到5´1011帧/秒,横向和纵向空间分辨率分别为1.26线对/毫米和1.41线对/毫米,不同帧频之间光谱间隔为1.72纳米。基于HCUP系统,研究人员首次在时间、空间和光谱维度上成功测量了啁啾皮秒激光脉冲和光致发光动力学过程,如图1(c)和1(d)。HCUP把光学成像从传统空间-时间或者空间-光谱信息突破到空间-时间-光谱信息,为探索极端条件下新的科学现象及规律提供强有力的技术支撑,有望促进科学研究和相关产业的进一步发展。该项研究成果发表在Physical Review Letters, 124, 023902 (2020),该论文以华东师范大学为唯一完成单位,精密光谱科学与技术国家重点实验室的博士研究生杨承帅和曹烽燕为论文共同第一作者,齐大龙副研究员和张诗按研究员为论文的共同通讯作者。(a)HCUP示意图;(b)HCUP实验装置图;(c)啁啾皮秒激光脉冲时间-空间-光谱测量;(d)光致发光动力学过程时间-空间-光谱测量。其中,图(c)和(d)横坐标代表光谱,纵坐标代表时间另辟蹊径,突围国外关键核心器件封锁  压缩超快成像(CUP)是目前国际上最快被动式光学成像技术,其成像速度可以高达1011帧/秒,帧数可以达到350帧,但是在实际应用中仍然存在关键核心技术问题。在硬件方面,主要采用条纹相机进行成像探测,一方面,在成像探测中需要进行光子-电子-光子转换,在高电子密度下由于电子库伦相互作用,产生图像畸变,影响图像质量;另一方面,条纹相机依赖国外进口,许多单位禁运,限制走向实际应用,影响仪器市场化。为了解决这一关键科学技术问题,张诗按研究员和孙真荣教授团队发展了一种超快电光偏转成像(UEODI)新技术,如图2(a)和2(b)。该项技术采用电光偏转器进行成像探测,避免条纹相机成像中电子库伦作用,保证测量图像质量,同时不需要依赖进口,价格相对便宜,装置系统更加紧凑,设备国产化,具有完全独立知识产权。研制UEODI实验装置的时间分辨率可以达到20皮秒,即成像速度可以达到5×1010帧/秒。基于UEODI系统,研究人员实验上成功实现了对染料分子(罗丹明B)瞬态发光动力学的成像,如图2(c)。该项研究成果发表在Physical Review Applied, 13, 024001 (2020),该论文以华东师范大学作为第一完成单位,精密光谱科学与技术国家重点实验室的博士研究生杨承帅为论文第一作者,张诗按研究员和孙真荣教授以及深圳大学徐世祥教授为论文的共同通讯作者。超快电光偏转成像示意图(a)和实验装置图(b)染料分子(罗丹明B)瞬态发光动力学成像(c)研究获国际同行高度认可,受杂志主编邀请撰写综述论文  压缩超快成像(CUP)技术是结合条纹成像技术和压缩感知算法,通过对动态场景进行空间编码、数据压缩和计算解码,最后还原出原始动态场景信息。由于CUP在时间分辨率优势和图像重构算法特殊性,目前已经被成功用在飞行光子捕获、三维物体目标测量、超快光场时空测量、信息通讯安全等研究领域,同时基于CUP方法也发展了一些新的光学成像技术,例如压缩超快光谱-时间成像、压缩超快电子衍射和显微、压缩光学条纹超高速成像等等。鉴于张诗按研究员和孙真荣教授团队在CUP研究领域的突出贡献,最近受国际重要期刊杂志Advanced Photonics主编的邀请撰写关于CUP进展的综述论文(Advanced Photonics, 2, 014003 (2020)),这也是CUP技术发明以来的第一篇综述论文,同时CUP工作被作为杂志的封面文章,如图3。该篇综述论文以华东师范大学为第一完成单位,精密光谱科学与技术国家重点实验室齐大龙副研究员为论文第一作者,张诗按研究员和孙真荣教授以及加州理工学院Lihong V. Wang教授为论文的共同通讯作者。Advanced Photonics杂志主编邀请函(左图)和发表论文该期杂志封面图(右图)  近年来,张诗按研究员和孙真荣教授团队在压缩超快成像领域进行了一系列研究,主要包括两个方面,一是在技术创新与优化方面,包括提出基因遗传算法优化编码提高图像重构质量(Optica, 5, 147-151 (2018));采用增广拉格朗日算法解决图像重构稳定性问题(Journal of Optics, 21,035707 (2019));发展多次编码成像突破CUP系统仪器本身固有时空分辨率(Laser Physics Letters, 15, 116202 (2018));二是在技术应用和拓展方面,包括发展CUP系统实现皮秒激光脉冲的时空强度测量(Optics and Lasers in Engineering, 116, 89-93 (2019)), 为超快光场时空精密测量提供新思路;发展电子编码的压缩超快电子衍射成像(Physical Review Applied, 10, 054061 (2018)), 解决传统超快电子衍射时间抖动和多次测量问题;发展三维压缩图像信息和通讯安全(Advanced Quantum Technologies, 1, 1800034 (2018)),解决量子保密通讯传输带宽窄问题,同时该项研究工作被国际著名科技网站Advanced Science News做专题新闻报道(详见网页:https://www.advancedsciencenews.com/cryptographic-scheme-for-safer-information-travel/)。这些研究工作得到了国家自然科学基金委以及上海市科委的共同资助。  原文阅读:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.023902;http://dx.doi.org/10.1117/1.AP.2.1.014003;https://journals.aps.org/prapplied/pdf/10.1103/PhysRevApplied.13.024001图文、来源|华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室编辑|古丽达娜·巴哈提 编审|吕安琪
  •        近期,我校上海市调控生物学重点实验室与青少年健康评价与运动干预教育部重点实验室研究人员在骨骼发育与身高研究领域取得重要突破。该团队揭示了影响人类身高的重要基因——G蛋白偶联受体126(Gpr126/Adgrg6)的分子机制,并进一步寻找到潜在的治疗青少年身高矮小的治疗方案,有望解决因该基因突变而引起身材矮小的世界性科学难题。研究结果以“Regulation of body length and bone mass by Gpr126/Adgrg6”为题,2020年3月20日发表于《科学》杂志子刊Science Advances上。该论文通讯作者为我校生命科学学院上海市调控生物学重点实验室刘明耀教授和罗剑教授,及海军军医大学附属长海医院骨科苏佳灿教授,该论文第一作者为我校体育与健康学院青少年健康评价与运动干预教育部重点实验室孙朋副教授和生命科学学院博士生何亮。华东师大科学家破译影响身高的基因密码  身材矮小是青少年群体中的一种常见病症,一直严重困扰着众多家庭。在诸多影响青少年身高的因素中,基因遗传起到主要作用。但是,目前影响人体身高基因功能及其作用机制尚不清楚。该研究团队采用人类身材矮小的全基因组关联分析(GWAS)的相关结果,并利用不同骨细胞特异性Gpr126基因敲除小鼠模型进行研究,发现仅在成骨细胞特异性敲除Gpr126的小鼠在胚胎发育和出生后的体长显著变短,而破骨细胞和软骨细胞特异性敲除的小鼠中未发现体长变化。  Gpr126是粘附性G蛋白偶联受体家族成员(共33个成员),是G蛋白偶联受体家族的第二大亚群。该研究团队的进一步研究发现,Gpr126在成骨细胞特异性敲除后不但会引起成骨细胞的增殖和分化功能的降低,也会引起骨矿化水平的延迟和骨强度的降低,同时还伴随着骨量和骨密度的降低。该研究团队发现,Gpr126在成骨细胞中主要是通过cAMP-CREB信号通路实现对骨代谢的调控,并阐明其在成骨细胞功能中的配体为细胞外基质IV型胶原,揭示了Gpr126基因在骨发育和骨重构过程中的重要功能。  该研究团队通过一系列的体内和体外实验的研究,发现目前治疗骨质疏松的上市药物——特立帕肽(甲状旁腺素PTH(1-34)),能够有效改善因Gpr126缺失而引起小鼠体长变短的表型。同时,研究还发现PTH(1-34)对成骨细胞的增殖、分化功能以及骨强度、骨量和骨密度等指标均有显著的促进作用。该研究的成果有望为该基因突变而引起的青少年身高矮小的世界科学难题,提供精准医疗的解决方案。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、重大研究计划以及面上项目等项目的资助。  原文阅读:https://advances.sciencemag.org/图文、来源|生命科学学院 编辑|梁儒铭 编审|吕安琪

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